CO2摩尔分数倍增对秋茄•桐花树碳储量的影响

摘要 [目的]探究CO2摩尔分数倍增对红树林碳储量的影响。[方法]选取海南东寨港优势树种秋茄、桐花树为实验室研究对象，采用开顶箱法，模拟CO2摩尔分数为350 μmol/mol和700 μmol/mol环境条件，研究秋茄、桐花树的碳储量变化，构建碳储量方程，并结合实地秋茄、桐花树勘测数据，预测在CO2摩尔分数倍增环境条件下秋茄、桐花树群落的碳储量。[结果]在短期试验中，随着CO2摩尔分数的升高，秋茄、桐花树生物量、碳储量增加，在CO2摩尔分数倍增条件下，秋茄、桐花树碳储量分别为290.85、211.80 g/m2，秋茄碳储量表现为根>茎>叶，桐花树碳储量表现为叶>根>茎。采用标准株和数量化模型结合的方法构建碳储量方程，其拟合度较优。将实测秋茄、桐花树树高、胸径分别代入构建的碳储量方程，估算出CO2摩尔分数为700 μmol/mol环境条件下秋茄、桐花树群落碳储量分别为96.61、63.22 t/hm2。[结论]红树植物秋茄、桐花树在CO2高摩尔分数下有着较强的固碳潜力，该研究结果可以为CO2摩尔分数不断升高的环境下，红树林的管理及温室气体的调控提供参考。

关键词 秋茄;桐花树;CO2;碳储量

中图分类号 Q 948  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）12-0100-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.025

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Carbon Storage of Kandelia candel（Linn.） and Aegiceras corniculatum（L） under Doubling CO2 Mole Fraction

LIU Jun1，2，ZHOU Pei-guo2，HUANG Jing-yu3

（1.Nanjing Branch of Jiangsu Union Technical Institute，Nanjing，Jiangsu 210037; 2.School of Biology and Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing，Jiangsu 210000; 3.School of Environmental Science and Engineering，Hohai University，Nanjing，Jiangsu 210098）

Abstract [Objective]To explore the effect of doubled CO2 mole fraction on mangrove carbon storage.[Method]The dominant tree species Kandelia candel and Aegiceras corniculatum in Dongzhai Port of Hainan were selected as the laboratory research objects.The method of “open box top” was adopted to simulate the CO2 mole fraction of 350 μmol/mol and 700 μmol/mol environmental conditons，and to observe the carbon storage changes of Kandelia candel and Aegiceras corniculatum.Then the carbon storage equation was constructed to predict the carbon storage of Kandelia candel and Aegiceras corniculata under the condition of doubling the CO2 mole fraction.[Result]The results showed that in short-term experiments，as the CO2 mole fraction increases，the biomass and carbon storage of Kandelia candel as well as Aegiceras increased significantly.Under the condition of doubled CO2 mole fraction，the carbon storage of Kandelia candel and Aegiceras corniculata were respectively 290.85 g/m2，211.80 g/m2，the carbon storage of Kandelia candel root>stem>leaf，the carbon storage of Aegiceras corniculatum leaf>root>stem.The carbon storage equation constructed by standard strain and quantitative model presents a better fitting degree，which can be widely used in the estimation of carbon storage of Kandelia candel and Aegiceras corniculata Substituting the measured height and diameter at breast height of Kandelia sylvestris and Aegiceras corniculata into the constructed carbon storage equation，it was estimated that the carbon storages of Kandelia candel and Aegiceras corniculata at a CO2 mole fraction of 700 μmol/mol were 96.61 t/hm2，63.22 t/hm2.[Conclusion]The mangrove plants Kandelia candel and Aegiceras corniculata have a stronger carbon sequestration potential under high CO2 mole fraction.The results can be used as reference in the management of mangroves and greenhouse gas emissions in an environment where the CO2 mole fraction continues to rise.

Key words Kandelia candel（Linn.）;Aegiceras corniculatum（L）;CO2;Carbon storage

截至2018年，全球大气中CO2摩尔分数已达410 μmol/mol，而1980年仅为338 μmol/mol，增长非常显著，目前大气中CO2的摩尔分数正在以每年约1.2 μmol/mol的速度升高[1-4]。2030—2050年将达600 μmol/mol。根据科学家的预测，到21世纪中叶，大气中CO2 摩尔分数将会达到现在的2倍左右，即CO2 摩尔分数倍增。大气CO2 摩尔分数升高不仅能够引起全球的气候变化，并且作为植物光合作用的“原料”，对植物生物量产生影响，进而通过有机碳组分的变化影响生态系统碳储量。海岸带生态系统由于其高效的固碳能力，可以潜在地缓解大气 CO2浓度的升高，被列为抵消碳排放的重要途径之一，增加自然生态系统的碳汇也成为减缓气候变化的重要措施。

红树林湿地有着“四大海洋生态系统之一”之称，它处在海洋，还兼具热带湿地与亚热带湿地的一些特征。在平衡自然生态环境中有着特殊作用，表现出多样化和复杂化的特点，也是生产力最高的海洋生态系统之一[5-11]。由于其地处海洋与陆地之间，红树林湿地的土壤长时间处于淹水状态，有机质分解缓慢，因而成为海岸带湿地碳库最重要的组成部分，被认为是潜在的碳库[12-16]。尽管红树林的面积相对较小，但有着极强的固碳能力，原因是在湿地土壤的有机碳分解能力较弱的同时具有较高的净初级生产力。张莉等[17-18]的研究对红树林湿地系统的固碳能力以及碳转化效率进行了高度肯定，其碳转化效率要高于一般的森林生态系统。辛琨等[19]对海南红树林湿地系统的碳储量以及固碳价值进行了研究分析，湿地植物碳储总量为125 914.50 t。目前海南红树林湿地的土壤中，碳储量为269 037.33 t。现有研究表明，CO2摩尔分数提升能够对红树林生态系统造成显著影响，有助于其生物量的增加，但持续高CO2摩尔分数也会导致植物功能和生理结构受到不良影响。此外，这种影响会造成土壤碳循环的变化，不利于碳的固定[20-22]。

对于CO2摩尔分数倍增对碳储量产生的影响，目前尚不了解。如果能够明确CO2摩尔分数倍增对红树林湿地碳储量的影响及相关机理，将对红树林湿地在CO2摩尔分数倍增情景下维持系统结构与功能平衡，减少高浓度CO2对红树林生态系统的固碳潜力破坏、控制大气温室气体浓度以及红树林的管理和开发利用具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 研究区位于海南东寨港红树林保护区，地处110°E，20°N，平均气温23.5 ℃，年降水量1 676.4 mm，全年湿度约85%，且基本保持不变。该湿地保护区是我国首个国家级的红树林保护区，同时也入选《国际重要湿地名录》[23-28]。因其处在热带与亚热带的交汇处，地区内以热带季风气候为主，保护区占地广阔，共3 337.6 hm2，而其中红树林占50%以上，地区内红树林物种资源丰富，我国红树林植物种类的绝大多数皆在该地。因红树林适宜热带季风气候，为此红树林植物是当地主要的植被类型。

研究发现，样地内共有14个不同物种，其中乔木树种有11种，灌木树种有2种，直立草本植物1种。物种密度最大的是桐花树，最小的是海桑、海漆、卤蕨，其间依次为秋茄、老鼠勒、海莲、角果木、红海榄、白骨壤、瓣海桑、 尖瓣海莲、榄李、木榄。

乔木层按照树种的重要值排列，前3位的是秋茄、海莲、角果木。由此可见，秋茄是最佳树种，海莲其次。而灌木层排在前2位的是桐花树、海莲，可见，桐花树是最佳树种，海莲次之。

试验地的树种群落也是以乔木层群落和灌木层群落的最佳树种来定义，定义为秋茄+桐花树群落。故在室内模拟试验中选取秋茄、桐花树2种红树植物作为试验树种，取一年生幼苗通过人工修剪，选择树种植株较高，且植株基径与植株重量大致相等的树种，在一个试验培养池中共培养10 d后备用。

1.2 环境因子控制

该试验采用开顶箱法[27-28]，开顶箱尺寸为3.0 m×3.0 m×1.7 m，每个开顶箱中十字划分为4个相同大小的培养槽（图1）。截至2013年底，全球CO2摩尔分数已达395 μmol/mol，为使试验研究与当前大气状态匹配，故在试验中将低CO2摩尔分数组控制在350 μmol/mol，倍增浓度控制在700 μmol/mol（以下分别用高、低摩尔分数CO2表示）。水槽之间分别通过抽水泵连接，以此进行潮汐的模拟（图2）。涨潮时间通过定时器控制，槽内人工海水的深度和盐度分别为0.42 m和10%。该试验模拟半日潮，循环水淹半日潮每2 h循环1次，第1次水淹时间10：00—14：00，第2次水淹时间22：00至次日2：00，每天24 h内实现2次涨潮和退潮模拟。

1.3 试验材料

取海南东寨港桐花树下约30 cm的底泥，10个采样点通过棋盘式法布点选取，均匀混合统一放入缓冲池，滤水之后充分搅拌，尽量均匀混合营养盐，静置后备用。

1.4 植物生物量测定

每株根、茎和叶于105 ℃进行杀青处理30 min后，于80℃的烘箱进行烘干处理，直至植株重量恒定，然后计算得到干物率。将植株的新鲜重量转换成烘干后的重量，进而计算植株器官（根、茎、叶）的重量，以上结果相加为全株生物量干重。生物量多次测量取平均值为最终结果。

1.5 样本采集

植入水生植物之后，采样频率按照1、15、45、60、90、100、120 d进行。

1.6 碳储量计算

该试验湿地模拟系统培养周期为120 d。由于短期试验土壤中的碳转化速率较慢，该模拟试验中仅考虑CO2摩尔分数倍增情景下植物中的碳储量。以15株/hm2红树植物计算碳储量。植物各组分碳储量（SC，carbon stock）=各组分生物量×相应碳含量。植物碳含量的测定借助仪器元素分析仪（CX-9800）进行。